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1、大学隧道毕业设计模板摘要本设计围绕会何家寨隧道右线而进行,本隧道为高速公路隧 道中隧道,隧道长646m,设计为单向双车道,设计车速为 80km/h,建筑限界净宽为10.25m。衬砌采用三心圆曲墙式结构, 支护结构和围岩共同承载,并充发挥出围岩的自承能力。新奥法 作为隧道结构设计的核心,合同段隧道围岩条件较复杂,有IIL IV、V级三种级别的围岩,在IV、V围岩段均采用有初支、防水 层、二衬组成的复合式衬砌。初期支护为喷锚支护,采用锚杆、 喷射混凝土、钢筋网、钢拱架共同作用,二次衬砌采用模筑碎。 洞门设计严格按照公路隧道设计规范（GTJ-）中的相关规定 进行相关验算,采用翼墙式洞门;初支根据公路
2、隧道设计规 范（GTJ-）、隧道工程和相关工程实例进行设计;二次衬 砌利用理正岩土 6.0版软件算出相关数据,并进行配筋计算;同 时,根据相关参考资料和工程实例进行了隧道施工组织设计、防 排水设计和监控量测的设计,绘制了相应的图纸。关键词:复合式衬砌；翼墙式洞门；中隧道;新奥法；曲墙ABSTRACTThis design will around the hejiazai tunnel right line, This is a medium length of highway tunnel, Tunnel length of 646m, This design is Unidi- rectio
3、nal double lane,A design speed of 80 km/h.Construction boundary clear width is 10.25m. Lining use Three heart garden Curved wall,support structures and Rock Shared Load.and Make full use of Rock Load bearing.New Austrian Tunnelling Method is Tunnel structure design core,Tunnel has a complicated surr
4、ounding rock condition,have III、IV、V country rock,Initial support water barrier and secondary lining form Compound lining of the III IV country roc.Initial support for bolt support Shotcrete,The two lining is Building concrete.tunnel porta is wing wall tunnel portal.In strict accordance with the por
5、tal design atCode for highway tunnel design (GTJ- ) , Initial support according toCode for highway tunnel design (GTJ- ) design.two lining utilization of LiZheng rock and soil6.0 design.At the same time,According to the relevant information and engineering examples Construction organization design a
6、nd waterproof drainage and Monitoring measurement.Key words ： composite lining;wing wall tunnel portal;Middle tunnel;NATM;Curved wall第一章隧道工程概况01.2工程地质0第二章隧道总体设计22.1 一般规定与设计原则22.1.1 一般规定22.1.2 设计原则32.2 主要技术标准及执行规范32.2.1 技术标准32.2.2 11 j/ti .2.3 设计依据42.4 隧道平面及纵断面设计52.5 隧道横断面设计62.5.1 隧道建筑限界62.5.2 隧道衬砌内轮
7、廓线设计72.6 月 t.,72.6.1 洞门衬砌设计82.6.2 可 ?j J i卜.8第三章洞门设计与计算93.1 洞口地质条件93.1.1 怀仁端洞口93.1.2 赤水段洞口93.2 洞门类型的选择103.3 /I可 口各部的尺寸定.一. 103.4 计算参数123.5 建筑材料的容许应与容重123.6 洞门稳定性验算123.6.1 计算洞门前一延米的平均高度123.6.2 土压计算123.6.3 翼墙稳定性验算153.6.4 主洞端墙验算173.6.5 主洞与翼墙共同作用的错误!未定义书签。第四章隧道初期支护设计与计算204.1 概述204.2 初期支护的设计204.3 V级围岩初期支
8、护机构计算214.3.1 喷混凝土提供的支护抗力Pi值224.3.2 钢支撑提供的支护抗力P2值244.3.3 锚杆提供的支护抗力尸3值244.3.4 围岩本身提供的支护抗值264.3.5 最小支护抗力值Pmin28第五章隧道二次衬砌设计325.1 概述325.2 1，甲.不 .335.2.1 计算断面参数确定335.2.2 ( j- .3j5.3 隧道围岩压确定355.3.1 V级围岩压计算355.3.2 IV级围岩压计算375.3.3 III级围岩压计算375.4 V级围岩二次衬砌理正岩土软件验算（电算）375.4.1 V级围岩二衬计算条件385.4.2 V级围岩二衬内力配筋结果405.4
9、.3 V级围岩二衬内力配筋计算415.4.4 V级围岩二衬裂缝计算445.5 IV级围岩二衬衬砌理正岩土软件验算（电算）505.5.1 IV级围岩二衬计算条件515.5.2 IV级围岩配筋结果535.5.3 V级围岩二衬内力配筋计算545.5.4 V级围岩二衬裂缝计算575.6 二衬配筋计算635.6.1 V级围岩配筋错误!未定义书签。5.6.2 IV级围岩配筋63635.6.3 III级围岩配筋64第六章隧道防排水设计6.1 一般规定与设计原则641.1 .1 一般规定641.2 . I 、丿、.”.”.，I6.2 隧道防水设计656.3 隧道排水设计656.4 洞口段排水设计66第七章施工
10、组织设计677.1 概述677.2 -1-1 B6*77.3 施工准备687.3.1 技术准备687.3.2 施工机具、材料准备697.3.3 施工人员准备707.4 隧道总体施工方案707.4.1 洞口施工707.4.2 洞身开挖717.4.3 757.4.4 二次衬砌777.6肥注意事项79第八章隧道施工监控量测808.1 概述808.2 监控量测818.2.1 监控量测的目的818.2.2 监控量测的具体内容和量测技术818.2.3 量测手段828.2.4 监控量测的主要方法、步骤及范围83第九章结论85参考文献87致谢88第一章隧道工程概况1.1 工程概况何家寨隧道为分离式隧道,隧道走
11、向呈北西西走向,稍呈弧 线形展布。其中:右洞起讫桩号YK69+864YK70+510,总长 646m,属中隧道。隧道净空10.25x5.0m,左右线进出洞门型式均 为端墙式;采用电光照明,机械通风。右线平面设计为209.115m 直线接160.095m A=410m的圆曲线接276.789m R= 1050m的圆曲 线,纵面设坡率为1.3%的单向坡。1.2 工程地质何家寨隧道洞口怀仁端隧道围岩等级为V级,围岩主要为第 四系填筑土,残坡积碎石土、角砾土;松散;下伏强风化灰岩、 泥岩,裂隙发育,质软,散体碎裂结构,围岩自稳性差,侧壁 不稳定,成洞条件差。地下水为土层孔隙水,基岩裂隙水,水量 小,雨
12、季点滴状或线状出水。赤水断隧道围岩等级为V级,围岩 上覆松散填筑土,残坡积碎石土,角砾土。下伏中风化灰质泥 岩,裂隙发育,岩体破碎较破碎,碎裂碎裂镶嵌状结构。围 岩自稳性差,侧壁不稳定,成洞条件差。地下水以点滴状或线状 出水；隧道YK69+90YK69+970段围岩级别为IV级,岩性为 强中风化灰岩、泥岩互层,裂隙较发育,岩质软硬不均,岩体 较破碎,碎裂碎裂镶嵌层状结构。自稳性较差,拱顶围岩无支 护时,易产生掉块、局部小规模小坍塌侧壁较不稳定。 YK69+97YK70+405段围岩等级为HI级,围岩主要为中风化灰 岩泥岩互层,碎裂镶嵌层状、块状结构。裂隙稍发育,岩质软 硬,岩石完整性较好,层间
13、结合好。自稳性一般,侧壁稳定性 般,成洞条件较好。洞身YK69+970YK70+405段穿过洼地侧下 方,洼地垂直发育高度可能已达到洞身地带,洼地周围岩体风化 强烈,据钻探揭露,强风化体距洞顶板的中风化层厚度约20m, 施工时应加强支护及防排水措施,避免发生坍塌、突水事故;隧道 最大埋深约71m,围岩主要为龙马溪组灰岩、泥岩互层,部分为 石牛栏组泥质灰岩,灰岩细晶结构,薄层中薄层层状结构。围岩级别VIV111备注重度 y(kN/m3)17 2022323 25弹性抗力系数K(MPa/m)1020020500501200弹性模量E (GPa)121.3 6620泊松比n0.35 0.450.30
14、.350.25 0.30内摩擦角p()2。2。27。39。39。50粘聚C (MPa)0.05 0.20.2 0.70.7 1.5容许承载0) (kPa)400-70012018003000摩擦系数f（坛与围岩）0.40.450.5（表面不光滑）表1.1各类围岩物理力学指标第二章隧道总体设计2.1 一般规定与设计原则2.1.1 一般规定隧道设计应满足公路交通规划的要求,设计根据现行有关规 范,规程和技术标准,借鉴参考相关类似工程,结合本隧道实际 情况,其建筑限界、断面净空、隧道主体机构以及营运通风、照 明等设施,应按照公路工程技术标准（JTGB01）规定的预计 交通量设计,当近期交通量不大时,
15、可采取次设计,分期修 建。2.1.2 设计原则1 .在地形、地段、地质、气象、社会人文和环境等问题调查 的基础上,综合比选隧道轴线方案的走向、平纵线型。洞口位置 等,提出推荐方案。2 .地质条件很差时,特长隧道的位置应控制线路走向,以避 开不良地质地段;长隧道的位置也应该尽可能的避开不良地质地 段,并与路线走向综合考虑;中、短隧道可服从路线走向。3 .根据公路等级和设计速度确定车道数和建筑限界。在满足 隧道功能和结构受力良好的前提下,确定经济合理的断面轮廓。4 .隧道内外平、纵断面线型应协调,以满足行车的安全,舒 适要求。5 .根据隧道长度,交通量及其构成、交通方向以及环保要求 等,选择合理的
16、通风方式,确定通风、照明、交通监控等机电设 施的设置规模。必要时特长隧道应作防灾专项设计。6 .应结合公路等级、隧道长度、施工方法、工期和营运要 求,对隧道内外防排水系统、消防给水系统,辅助通道、弃渣处 理、管理设施、交通工程设施、环境保护等作综合考虑。7 .当隧道与相邻建筑物互有影响时,应在设计与施工中采取 必要措施。2.2 主要技术标准及执行规范1 .公路等级:高速公路2 .设计速度:80km/h3 .隧道建筑限界:建筑限界:0.75+0.5+2x3.75+0.75+0.75=10.25m限界净高:5.0m4 .汽车荷载等级:公路一I级2.2.2执行规范1 .公路工程技术标准（JTGB01
17、-）2 .公路隧道设计规范（JTGD70-）3 .公路工程地质勘查规范（JTJ 064-98 ）4 .公路隧道勘察规程（JTJ 064-98）5 .锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB 50086-）6 .地下工程防水技术规范（GB 50108-）7 .公路隧道施工技术规范（JTGF60-）2.3 设计依据1 .贵州省赤水至望谟高速公路（怀仁至赤水段）工程可行 性研究报告年5月2 .关于怀仁至赤水高速公路可行性研究报告的批复黔发改 交通（）293号3 .贵州省赤水至望谟高速公路(怀仁至赤水段)第二合同 段勘查设计合同4 .初测外业验收咨询报告9月205 .初测外业验收会议纪要高路办议口 8号6 .
18、初步设计咨询报告12月7 .定测外业验收咨询报告2月8 .怀仁高速公路施工图审查会议纪要(路高办议13 号)8月25日9 .相关技术标准、规范、规程等2.4 隧道平面及纵断面设计隧道的平面布置主要服从线路总体走向,在综合考虑地形地 貌特征及经济性的前提下,主要考虑隧道进、出口、隧址区 程地质条件等因素。隧道纵断面设计综合考虑了隧道长度、通 风、照明、主要施工方向、洞口的位置、排水以及隧道进、出口 接线等因素,隧道平、纵面详见相应图纸。各隧道设置及平、纵 指标见表2.1表2.1隧道平纵设置览表隧道名称线位隧道起讫桩号隧道长 纵坡()平曲线半径度(m)进口段/出口段进口段/出口段何彎隧右线道YK6
19、9+864 YK70+510646m1.3/1.3缓和曲线/缓和曲的他线单坡2.5 隧道横断面设计2.5.1 隧道建筑限界根据公路隧道设计规范QTG D70-）高速公路隧道建筑限 界的规定:本隧道的设计速度为80km/h,因此:限界净宽 0.75+0.5+3.75x2+0.75+0.75=10.25m （具体指标见 表 2.2）限界净高5m （见图2.1）人行横道建筑限界:高250cm宽200cm表2.2公路隧道建筑限界横断面组成最小宽度（单位m）公路 等级设计速度/（km/h）车道宽度W横向宽度L检修道J建筑限界 净宽左侧右侧左侧右侧高速公路803.75x20.50.750.750.7510
20、.25图2.1公路隧道建筑限界（单位m）2.5.2 隧道衬砌内轮廓线设计根据公路隧道设计规范（JTG D70-）的一般规定:衬砌设 计应综合考虑地质条件、断面形状、支护结构、施工条件等,并 充分利用围岩的自承能力。衬砌的内轮廓线应尽可能地接近建筑 限界,而且要尽量圆顺。公路隧道设计规范（JTG D70-）规定 了隧道内轮廓线的统标准,即侧墙为大半径圆弧,拱部为单心 圆拱,仰拱与侧墙之间用小半径的圆弧来连接。两车道隧道标准 内轮廓断面如图2.2所示。1侬网图2.2两车道隧道标准内轮廓断面图（单位:cm2.6.1洞门衬砌设计洞口工程设计以“早进洞,晚出洞”为原则,最大限度降低洞 口边坡的开挖高度,
21、以保证山体的稳定,减小队洞口自然环境的 破坏。结合本隧道进出口的实际情况,进均采用翼墙式洞门,采 用C25混凝土。2.6.2洞身衬砌设计隧道洞身均依照“新奥法原理采用复合式衬砌,即以锚杆, 喷射混凝土或者钢筋网喷混凝土,钢拱架为初期支护,以模筑混 凝土为二次衬砌,共同组成永久性承载结构。在初支和二衬之间 铺设1.2mmHDPE单面自粘胶膜防水板为防水层。衬砌结构支护 参数根据围岩级别、工程地质水文地质条件、地形及埋置深度、 结构受力特点、并结合工程施工条件、环境条件、经过工程类比 法和结构计算综合分析拟定。第三章洞门设计与计算1.1 洞口地质条件1.1.1 怀仁端洞口洞口所处地段地貌为斜坡,地
22、形坡度位34。,表层第四系覆 盖层为素填土、碎石土、角砾土,厚度一般为2.019.3m。下伏 基岩岩性为龙马溪组灰岩、泥岩互层,强风化层厚度大,岩质 软,岩体呈松散碎裂状结构。洞口所处地段微地貌为缓坡,岩性为石牛栏组泥质灰岩,岩 质较硬,表层第四系覆盖层为角砾土碎石土、素填土,松散状, 其分布不均,厚度约2.06.2m。1.2 洞门类型的选择隧道洞口的位置根据进出口地形地貌以及工程地质条件等因 素,结合边坡、仰坡开挖的稳定要求和洞门的排水要求,以“早进 洞,晚出洞的原则决定;由于本隧道进出口均为V级围岩,围岩条件理想,因此进出 均采用翼墙式洞门。1.3 洞门各部的尺寸拟定根据公路隧道设计规范（
23、JTG D70-）规定,结合洞门所 在地段的工程地质条件,为了保证洞门的排水要求和稳定性,基 础设施及洞门尺寸为:1 .洞门高为12.2m,墙厚0.8m,翼墙式洞门正墙墙面坡度 取 1:0.12 .洞口边坡、仰坡坡比采用1：1,处于安全考虑,仰坡坡 脚至洞门墙背的水平距离为1.8m,以防仰坡土石掉落到路面上。3 .洞门墙嵌进地基1.5m。4 .洞门墙顶高出仰坡脚0.75m,以防水流溢出墙顶,也防止掉落土石弹出。5 .翼墙厚度为0.8m,翼墙长度5m,翼墙坡度为1:1,倾斜1:0.26 .洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底与衬砌拱顶外缘的高度1.1m ,以免落石破坏拱圈。3.I洞门参数确定仰坡坡率计算
24、摩擦角屮（。）容重Y （KN/m3）基地摩擦系数f基地控制压（Mpa）1:0.570250.60.801:0.7560240.50.601:150200.40.40.351:1.2543-45180.40.30.251:1.538 40170.35-0.40.253.2洞门墙主要验算规定墙身截面荷载效应值W结构抗力效应值RX按极限状态算）墙身截面偏心距e0.3倍截面厚度基底应。w地基容许承载基底偏心距e1.3倾覆稳定安全系数K)1.63.4 计算参数1 .挡土墙的边坡、仰坡坡度1:12 .地层容重yc=18KN/m33 .地层计算摩擦角= 50。4 .基底摩擦系数f=0.45 .基底控制压应o
25、=0.4Mpa6 .仰坡坡脚 =45, tane=l, a=5.93.5 建筑材料的容许应与容重翼墙的材料为水泥砂浆片石砌体,水泥砂浆的强度等级为 M10,片石的强度等级为MU100。容重 yc =22KN/m3,容许应0=2.2Mpa。3.6 洞门稳定性验算3.6.1 计算洞门前一延米的平均髙度洞门前一延米处的高度:7.2/n则洞门前一延米处的平均高度为理史= 8.6小3.6.2 土压计算计算简图见下页3.2所示图3.2洞门土压荷载计算简图土压系数计算:最危险滑裂面与垂直面之间的夹角可按下式计算:tan? 9 + tan a tan - J(1 + tan2 Q)(tan - tan )(t
26、an +tan a)(l - tan a tan )tan cd=1tan (1 + tan 9)- tan ?(1 - tan cr tan(3 )式中最危险滑裂面与垂直面之间的夹角,(0);围岩计算摩擦角(0);洞门后仰坡坡角(0);a墙面倾角(0)。E = 涙2+%(“)虻(3.2)(tan 一tan a)( 1-tana tan s)tan (9 + ( 1 一 tan / tan e)h=-(3.4)ho = (3 J)G =匕口瓦(3.6)式中E土压(Kpa)；H洞门前一延米的平均高度;2侧压系数;九地层容重(KN/)瓦翼墙的宽度；洞口仰坡坡角到洞门墙背的水平距离,取1.8m；b洞
27、门墙条带计算宽度(m),取b=lm；。墙背土体平破裂角；/,翼墙现浇混凝土重度；4土压计算模式不确定系数,可取，=0.6；取 a=5.9。, = 50 E=arctan0.8=39把数值带入可得到:tan 0)= 0.6737arctan cd = arctan 0.6737 = 33.9711 (tan co - tanI_ tan a tan c)A =tan( + ( l 一 tan co tan Q(0.6737-0.1033)(1-1.0x0.11033) 1”tan(50o+33.97)(l-1.0x0.6737)将上面的数值带入(3.2)式中,可得到土压E；E = g 沈”2 +
28、 %仅=%)尤E = x 18x0.1922x8.62+ 1.46x(3.08-1,46)xlx0,6 = 79.22/CNEf = Ecos(S-a) = 77.22 x cos(33-5.9) = 68.54侬Ev = Esin (a) = 79.22 x sin(33。5.9。) = 37.54侬式中6-墙背摩擦角3.6.3翼墙稳定性验算a.抗倾覆稳定性验算:挡土墙在荷载作用下应绕着墙趾产生倾覆的时候,应该满足 下式:=今上 21.6(3.7)百式中:K。倾覆稳定系数,KoN1.6；2%全部的垂直对墙趾的稳定力矩(kN-m)；全部的水平对墙趾的稳定力矩(kN-m)。墙身自重G : G =
29、 /,Hbt =22x8.6x0.8 = 151.36/OV对墙趾的臂:厶=2=竺= 2.8机线对墙趾的臂:Zv =b +(/tana)/3 = 0.8+(8,6x0.103)/3 = 1.16wG 对墙趾的臂:z0 =仇+tan a = 0.8 + 8.6x0.103 = $4加22正=;河+ %(/1_%)好= 1xl8x0.1 922x8.62 + 1.46x(3.08-1.46)xlx0.6 = 19.22KN纥=68.54Ev=37.54/OV工区尸GxZg + 、,xZ, = 151.36x0.84+ 37.54x1.16 = 171MVs= Zx - v= 2.8X37.54 =
30、 05AKN mk =171% - 105.1=1.63 1.6(3.8)二.满足抗倾覆稳定性要求b.合力偏心距验算设作用于基底上的垂直合力为(3.9)n=g+e.= G+Ev =151.36+37.54 = 189/GV设其对墙趾的臂是S,合力偏心距为e171-105.1y.n1890.35me = -S = -0.35 = 0.05mm22合力在中心线的左侧e = 0.05 - = 0.2m1 ,4计算结果满足要求又:喘=卒41896x0.、 . . .1 e皿=777 x 1+- =324.84切”曰=0.4 珈 a189 (. 6x0.0r 1 一% = 1 一一- = 147.653
31、 团= 0.4冊满足基底压应要求。(3.10)3.6.4主洞端墙验算土压:2 = 0.1922Ev= 37.54AW=；x 18X0.1922X 8,62+1.46x(3.08-1.46)xlx0.6G = /,/7Bx = 22x8.6x0.8 = 151.36/GV墙身界面的偏心距为:=0.33N式中M计算界面以上各对截面形心力矩的代数和N作用于截面以上的垂直合力墙身截面偏心验算:- = 79.22 X-一 28.65 x- = 84.9KN m23 丿 , 262N = G+, =151.36+28.65 = 18(10 m61.36x0.23 c, r iGnax = -x 1+ ”=
32、 208.8切a b = 2.2MpaU.o U.o J61.3 f, 6x0.23 _ r 1 _ _,.= x 1 : -55.55kpa 13A满足滑动稳定要求。经过以上的验算,说明何家寨翼墙式洞门的尺寸合理,详图见设 计图纸。第四章隧道初期支护设计与计算4.1 概述在二衬施作之前,刚开挖之后马上进行的支护形式叫做初期 支护,一般有钢筋网喷射混凝土、锚杆喷混凝土、喷射混凝土锚 杆与钢架结合支护形式。隧道开挖后,为控制围岩应适量释放和变形,增加结构安 全度和方便施工,隧道开挖后立即施作刚度较小并作为永久承载 结构一部分的结构层。4.2 初期支护的设计何家寨隧道为高速公路中隧道,隧道洞口段为
33、V级围岩,隧 道洞身段围岩等级为in、!V级。其中V级围岩长81米,IV级围岩 长130米,IH级围岩长435米。V级围岩的侧壁不稳定,成洞条件差,自稳性差,容易产生 大塌方;III、IV围岩自稳性差,成洞条件一般较好,可能会出 现小塌方。根据隧道的施工条件、断面形式、地质条件等,并考 虑充分发挥围岩自承能力,根据新奥法的原理,何家寨隧道应该 采用复合式衬砌,即由初期支护加中间防水层以及二次衬砌组合 而成的衬砌形式,其中初期支护采用喷、锚、网支护,工字型钢拱 架,并根据不同的围岩级别辅以大管棚、超前小导管等超前支护 措施。复合式衬砌能够采用工程类比的方法进行设计,并经过理论 分析来进行验算。初
34、期支护的参数按规范,并应根据现场围岩监 控量测信息对设计支护参数进行必要的凋整。4.3 V级围岩初期支护机构计算本隧道衬砌内轮廓线半径为5.43m, V级围岩预留变形量100mm,初衬厚度25cm,二衬厚度45cm,隧道的开挖半径。=5.43+0.1 +0.25+0.45=6.23m隧道初期支护的结构计算采用剪切滑移破坏法计算,计算原理如图4.1：图4.1剪切滑移破坏法示意图现假定锚杆、钢支撑、喷射混凝土所组成的联合支护,它们 的总支护抗力可视为各支护抗力之和,即:P + A + 6 +乙(4.2)式中P所提供的总的支护抗力;片喷混凝土提供的支护抗力;P2钢支撑提供的支护抗力;6锚杆提供的支护
35、抗力;A围岩本身提供的支护抗力。计算所得的P值应满足不等式:P(4.3)式中岩体中开挖隧道后防止产生剪切滑移破坏所需的 最小支护阻。4.3.1喷混凝土提供的支护抗力Pi值喷混凝土抗力是指沿剪切面喷层所提供的平均分配在剪切区 高度上的抗剪。剪切滑移体向坑道方向移动时对喷层产生水平推力,此时, 如喷层强度不足,则在剪切滑移体的上下边缘处(应集中区)形 成两个剪切滑移面。当处于受力极限平衡时,其水平推力与两个 剪切面上的水平抗剪分力相平衡。9=2( cos (4.4)(=旦(4.5)sin as将(4.5)式代入(4.4河得:2d t/=-1-cos (4.6)hsnas式中4喷混凝土厚度;喷混凝土
36、抗剪强度;喷混凝土的剪切角,取4=30;b剪切区高度;屮剪切滑移面的平均倾角。=丝(4.7)%=a +丄(4.8)tan aa(4.9)It tsin(-)W = U + a)cos() + sin()tan(+ )-a2a 2a 2a 4 cos(_L + )2a 4式中cp围岩内摩擦角,取=24。;a剪切滑移面与最小主应轨迹线成角,a、综均见图 4.1；W加固带高度；t锚杆横向间距。将数据代入各式中,可得:a = 45 +纟= 57ds = 25cm = 0.25mts =0.434 =0.43xl2.5 = 5.38MPab = 2。 cos a = 2 x 6.23 x cos 5=6
37、.78mW = (3.5+ 6.23)cos 丄+ sin 丄 xtan/丄+ 2x6.232x6.2312x6.23 4)cos. 1 sin 2x6.2312x6.23 4-6.23=3.48m=0.995 +In+= L28rat/=73.31.546.2373.3-57 cW = 8.152将各参数代入(4.6)式可得:=R sin =：x cos 8.15 = 0.794 x cos 8.15 = 0.785MPa116.78 x sin 304.3.2钢支撑提供的支护抗力P2值钢支撑提供的支护计算时可换算成相应的喷混凝土支护抗 力,即:P2 =-t22COS (4.10)式中:Fs
38、每米隧道钢材的当量面积,由于/20a工字钢截面面 积为35.578c,每米的用钢量换算成截面面积为Fs = 35.5cm2;r,钢材的抗剪强度,取=15;,钢材的剪切角,一般采用4 =45。=15x5.38 = 80.7MPa代入式中可得：D 2x35.5xl0-4x80.7 o ,_o n o ,_o n . 1O.R =cos 8.15 = 0.120 x cos 8.15=0.11 SMpa6.78 x sin 454.3.3锚杆提供的支护抗力尸3值锚杆受力破坏有两种情况:1 .锚杆体本身的强度不足而被拉断。此种情况下的锚杆提供平均径向支护抗力:(4.11)式中F锚杆的断面积;(7锚杆的
39、抗拉强度;锚杆的纵向及横向间距。将数据代入(4.11)式可得: = 335x380.1xl02 = Q199Mpa3 et 0.8x0.82.锚杆粘结破坏,即砂浆锚杆与孔壁之间的粘结力不足而破坏。这种情况下锚杆提供的平均径向支护抗力:(4.12)(4.13)p _ 5厶 r7S = ttDIt式中s 锚杆抗拔,即锚杆的锚固;D钻孔直径,在此设计中取。=100mm ;锚固段长度,为3.5m;孔壁与注浆体之间极限粘结强度,取=0.65珈a ;将数据代入(4.13)式可得:5 = x0.1x3.5x0.65 = 0.714xl01kN将数据代入(4.12)式可得:0.714x1()30.8x0.8K
40、 = 1.12MPa两者取较小值,则锚杆提供的平均径向支护抗力为:=0.199MPa由于在a范围内的锚杆才能对剪切滑移体产生抗力,则:E =6 ,(cosa cos，)cos a= 0.199xcos57x (cos 570 - cos 73.3)= 0.094MPa4.3.4围岩本身提供的支护抗力尸4值剪切滑移体滑动时,围岩在滑移面上的抗滑,其水平方向 的分力在剪切区高度b/2上的抗滑心为:2s n cos 2Sb“sin =bb-式中S剪切滑移面长度;、分别为沿滑移面的剪切应和垂直于滑移面 的正应。自餘38m剪切滑移曲面半径:“=6.23xe(7335257。=9.65m按摩尔包络线为直线
41、时的假定求出（见图4.2）:0 一6q = 8s 3(4.15)5 +.cr = -! sin (pn22(4.16)3 cos = (c + 7,)tancp(4.17)由(4.15)(4.17)式可得:%=% + 2 c + / tan(p-(4.18)COS 9图4.2包络线图最小主应内随剪切滑移面位置而变化,难以确定,因此假定等于各支护结构所提供的径向支护抗力之和:。3 =+6+6(4.19)式中P；喷混凝土层提供的径向支护抗力;P2钢支撑提供的径向支护抗力;P,锚杆提供的径向支护。将数据代入上式可得:3=甲+耳= 0.794 + 0.120+ 0.199 = 1.113MPacr, =1.113 +